在超快激光材料加工技術(shù)上的創(chuàng)新，可促進(jìn)超快激光工藝在消費(fèi)電子等工業(yè)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用。目前市場(chǎng)可提供100W以上的超快激光器，這可以顯著擴(kuò)展許多工藝流程。

當(dāng)前的挑戰(zhàn)是開發(fā)新的光束引導(dǎo)和工藝概念，以在工件表面上實(shí)現(xiàn)大的平均輸出。目前主要的限制是工藝技術(shù)：具有高重復(fù)率的激光系統(tǒng)需要速度高達(dá)1000 m / s的掃描儀，而具有高脈沖能量的激光系統(tǒng)需要新的分束和成形概念來分配能量。

多波束概念

更好地利用脈沖能量的一個(gè)選擇是多波束概念，其涉及將激光束分成許多子束。自2012年以來，在弗勞恩霍夫激光技術(shù)研究所ILT，一直有一個(gè)團(tuán)隊(duì)在研究這項(xiàng)技術(shù)。從那時(shí)起，專家們已經(jīng)學(xué)會(huì)了如何使用衍射光學(xué)元件（DOE）在200多個(gè)微小和納米結(jié)構(gòu)的子束中進(jìn)行目標(biāo)應(yīng)用，允許他們?cè)趤單⒚追秶鷥?nèi)獲得精確的結(jié)果。

對(duì)于DOE，他們使用濕化學(xué)技術(shù)以極高的精度蝕刻到玻璃中的結(jié)構(gòu)化表面。因此，DOE的靜態(tài)光束分布比基于液晶調(diào)制器的動(dòng)態(tài)光束整形方法更加精確和耐用。

為了實(shí)現(xiàn)更有效的材料處理，激光束通過DOE轉(zhuǎn)換成具有許多平行子束的束矩陣。使用掃描儀系統(tǒng)和f-theta光學(xué)系統(tǒng)，然后將平行小光束聚焦在工件上，并且可以沿著所有可能的路徑在工件上同時(shí)移動(dòng)。

每秒鉆12,000個(gè)精密孔

當(dāng)在厚度為10到50μm的金屬膜上鉆孔時(shí)，多束技術(shù)證明了它的價(jià)值。諸如蝕刻的傳統(tǒng)方法需要準(zhǔn)備工作和返工，激光鉆孔不再需要這些工作和返工。多波束技術(shù)適用于周期性結(jié)構(gòu)，并且需要平滑，平坦的表面。

在微鉆中，F(xiàn)raunhofer ILT的團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)了極高的精度。憑借其新的多波束系統(tǒng)，亞琛的專家能夠創(chuàng)建直徑小于1微米的精密孔�？字�間的間距可以減小到幾微米。為了提高吞吐量，他們使用生成200多個(gè)子束的DOE。通過這種方式，他們已經(jīng)設(shè)法每秒生產(chǎn)超過12,000個(gè)孔，每個(gè)孔的出口直徑小于1微米。

研究人員目前的目標(biāo)是在不損失任何質(zhì)量的情況下進(jìn)一步提高鉆探速度。在不久的將來，可預(yù)見的鉆探速度為每秒20,000個(gè)鉆孔。

除了正確的工藝技術(shù)問題之外，過去幾年還出現(xiàn)了另一個(gè)問題：超快激光的“冷”燒蝕在用于單光束工藝的材料中幾乎不產(chǎn)生任何熱量的情況下，使用大規(guī)模并行化的工藝執(zhí)行是一件非常棘手的事情。在高重復(fù)率，高脈沖能量和孔之間的超短距離，有必要使用定制的熱管理策略以優(yōu)化處理，否則形成與工藝相關(guān)的熱損傷區(qū)域。自2012年以來，亞琛的科學(xué)家們一直在解決這個(gè)問題，并將多波束加工的熱管理定義為他們研究的重點(diǎn)關(guān)注領(lǐng)域。

世界各地的各種團(tuán)隊(duì)通過實(shí)驗(yàn)和模擬研究了這個(gè)問題，并開發(fā)了不同的解決方法。位于亞琛的Fraunhofer ILT研究人員優(yōu)化了單孔鉆孔和多梁加工的工藝。在這些過程中，沉積的激光功率不得超過取決于材料和目標(biāo)幾何形狀的最大值。

使用所得到的技術(shù)，可以經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)金屬表面過濾器，其中某些顆�？梢赃x擇性地彼此分離，例如用于多抗性細(xì)菌的水過濾器或用于微塑料以及生物技術(shù)中的許多其他應(yīng)用。微過濾器的使用對(duì)于食品工業(yè)也是有意義的，例如在無菌過濾領(lǐng)域。其他可能的應(yīng)用包括過濾從10級(jí)到1級(jí)的PM級(jí)細(xì)粉塵或醫(yī)療技術(shù)中白細(xì)胞和紅細(xì)胞的機(jī)械分離，這里僅舉這幾例微過濾器的應(yīng)用。